[发明专利]利用水声衰减频谱测量水浑浊度的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于水浑浊度检测的技术领域，具体涉及一种利用水声衰减频谱测量海水或淡水浑浊度的装置及方法。

背景技术

浑浊度是反映水中非溶性物质微粒的含量，是衡量水质好坏的最重要参数之一。浑浊度可用于衡量水处理或别的工业生产中水的澄清、过滤等过程是否达标的标志物理量。

对浑浊度的测量，在线和离线(实验室用的)多数采用光学方法。但是利用光学方法测量浑浊度，其结果决定于构成浑浊液的粒子的大小、形状、颜色和折射率，很容易受到可溶性色度的影响，且当水或透明液体浊度较大时由于遮挡原因等因素容易造成测量不准确，且深海压力会对设备在耐压和密封等方面提出更高的要求。

于2006年7月12日公开的中国发明专利申请CN1800819A，提出了一种圆柱形的封闭腔体的海洋声学浊度传感器，该装置利用水声脉冲的传播衰减度跟浑浊度成比例关系，通过测量水声在水中的衰减和对比已有的参考频谱来测量水的浑浊度，且该装置不易受耐压、密封等条件的限制。但这种装置存有一些不足：1、测量灵敏度不够高，对于低浑浊度的水来说，传播衰减程度相差不大，难以从衰减中得出浑浊度；2、容易产生多径效应，产生较大的数据接收误差；3、待测水不是被封闭在一个腔体内，容易受外界噪声干扰，突发误差较大，测量稳定性不好；4、得到的数据比较单一片面，只能获得某个频率的水声衰减频谱，不能很全面地反映不同水质对不同频率水声衰减的影响。

发明内容

针对现有技术的缺陷与不足，本发明的目的是提出一种利用水声衰减频谱测量水浑浊度的装置及方法，本发明采用扫频电路，测量声音在水声信道传输过程中产生的衰减频谱，对比已有的水声衰减频谱经验曲线，得到浑浊度，以提高浑浊度测量的精度；采用椭球形腔体，把待测水封闭在椭球形腔体内，发射、接收换能器分别放置在椭球的两个焦点，使得水声传输的路径相同，克服了水声多径时延效应。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：利用水声衰减频谱测量水浑浊度的装置，包括电路盒、显示设备、电缆、发射换能器和接收换能器，电路盒通过电缆分别与发射换能器和接收换能器连接，还包括椭球形腔体、设置于椭球形腔体内的T形通道；所述发射换能器和接收换能器分别位于椭球形腔体的两个焦点处；所述电缆内置于T形通道内部；T形通道的横向两端安装有密封件，发射换能器和接收换能器分别安装在T形通道的横向两端，T形通道的竖向端连接于椭球形腔体底端，并设有一个用于引出电缆的出线孔。

所述电路盒包括中央处理器，以及分别与中央处理器连接的基带信号源、扫频电路、频谱分析电路、存储器，其中中央处理器与显示设备连接，基带信号源还与发射换能器连接，扫频电路还与接收换能器连接。

所述椭球形腔体的顶部还有注水开关，开关处还设有温度传感器。

所述椭球形腔体内侧面涂有反射系数为0.6～0.9的物质。

利用水声衰减频谱测量水浑浊度的方法，包括以下步骤：

步骤1、打开位于椭球形腔体顶端的注水开关，将待测浑浊度的水注满整个腔体，关闭注水开关，同时利用温度传感器测量水的温度；

步骤2、基带信号源在一个频率范围内，将从低频到高频发出的水声基带信号传输到位于椭球焦点处的发射换能器，由发射换能器将水声基带信号发射出去；

步骤3、水声基带信号到达椭球形腔体内表面后被反射，接收换能器采集发射信号，然后由扫频电路将不同频率的反射信号进行扫描，形成在步骤2所述频率范围内的水声反射衰减频谱；

步骤4、中央处理器结合步骤1中已测的温度，将步骤3所得的水声反射衰减频谱与存储在存储器中的浑浊水声经验衰减频谱进行对比和分析，得到腔体中水的浑浊度；

步骤5、中央处理器将与水声反射衰减频谱最接近的浑浊水声经验衰减频谱，以及该浑浊水声经验衰减频谱对应的水质参数，传送到显示设备进行显示。

优选地，步骤2所述的发射换能器在120度的角度范围内将水声基带信号发射出去。

优选地，步骤5所述的水质参数为温度、盐度、浑浊度。

本发明将声学原理应用到浑浊度测量中，既能克服光学浑浊度测量器易受到可溶性色度的影响和水或透明液体浑浊度太大时由于遮挡等因素影响准确测量的不足，提高测量精度；又能克服专利申请CN1800819A中所披露技术方案的不足。其具体优点及有益效果在于：

1、采用椭球型结构，发射、接收换能器分别安置于椭球的两个焦点处，信号从发射点到接收点的时间一致，克服了多径时延效应带来的严重干扰。

2、待测水被封闭在一个腔体内，不受外界噪声干扰。